哈里(科林·费斯 Colin Firth 饰)是英国秘密特工组织金士曼中的一员,某次行动中,他的战友不幸牺牲,哈里将一枚徽章和一个电话号码交给了战友年幼的小儿子艾格西(亚历克斯·尼科洛夫 Alex Nikolov 饰),叮嘱他将来如果遇到了什么麻烦可以拨打这个号码,然而,这样的机会只能使用一次。
一晃眼十七年过去,破碎的家庭让艾格西(塔伦·埃格顿 Taron Egerton 饰)成长为了一个整日无所事事的小混混,某日,因为违反交通规则而遭到逮捕的艾格西使用了手中珍贵的号码,赶来的哈里在艾格西玩世不恭的外表之下发现了他善良的本质和极高的天赋,于是,哈里决定将艾格西培养成为新一代金士曼,他们需要共同面对的是强大而又邪恶的亿万富翁瓦伦丁(塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰)。
资深特工伊森·亨特(汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰)也有百密一疏时刻,他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织,此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊莎·福斯特(丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰)的帮助下,伊森逃出生天,并及时向威廉•布莱德(杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰)汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过,他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时,伊森联系上了老搭档班吉·邓恩(西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰)展开行动,并于谜样女郎伊莎再度相会。
奥地利皇储突然自杀案件,让沉寂6个月的福尔摩斯(小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰)再次启动。这次,福尔摩斯有了一个强有力的对手——智力上与福尔摩斯相当的莫里亚蒂教授(杰瑞德·哈里斯 Jared Harris 饰)。为了调查清楚皇储的自杀案件,福尔摩 斯与华生(裘德·洛 Jude Law 饰),在吉普赛占星师西姆(劳米·拉佩斯 Noomi Rapace 饰)的帮助下,和莫里亚蒂展开了在整个欧洲大陆上的较量,从英国到法国、德国……虽然被称为最聪明的人,但是莫里亚蒂教授仿佛能预知福尔摩斯的行踪,都能先一步福尔摩斯逃之夭夭。莫里亚蒂教授死亡名单上的人一个个被抹杀,历史可能就此被改编,面对如此强大的对手,福尔摩斯如何应对?